Eindschakelaar voorkomt stuk gedraaide motoren
Zodra ergens motoren worden gebruikt in op afstand bediende apparatuur (robotarmen, antennerotoren en wat dies meer zij) doet zich de noodzaak voor dat de motor op tijd moet stoppen om beschadigingen te voorkomen. Hiervoor worden eindschakelaars (of ook wel eindstops) gebruikt. Dit artikel gaat wat dieper op deze materie in.
In het juninummer van Elex hebben we een positiemelder besproken waarmee in de gaten kan worden gehouden hoe ver "iets" door middel van een motor verdraaid is. Onder het vage begrip "iets" verstaan we in dit geval alles wat op een of andere manier met de as van de motor verbonden is en waarvan de beweging beperkt is. Een mooi voorbeeld hiervan zijn de automatische deuren die in veel winkels geinstalleerd zijn. Duidelijk is dat aan de beweging van de deuren een einde is, want verder dan open kan niet. Als we het in de rest van dit verhaal over "motor" hebben, bedoelen we daarmee het geheel van motor en daarmee aangedreven mechaniek!
Minstens zo belangrijk is het ervoor te zorgen dat de motor bijtijds stopt, zodat er geen kwetsbare zaken de vernieling in gaan. Om dit te bereiken worden eindschakelaars gebruikt: schakelaars die aan het eind van het trajekt door een nokje worden ingedrukt en door onderbreking van de stroomkring verhinderen dat de motor verder kan draaien (zie figuur 1). Om ervoor te zorgen dat de motor wel weer terug kan draaien, zijn vooral bij wisselstroommotoren vrij ingewikkelde schakelingen met relais nodig. Bij gelijkstroommotoren kan het echter veel eenvoudiger, met behulp van twee halfgeleiders van de eenvoudigste soort:
Figuur 1. Aan het einde van de beweging wordt een van de schakelaars ingedrukt ten teken dat de motor moet stoppen.
Dioden
Het principe van de eindschakelaar hebben we in figuur 2 getekend. U ziet daar de motor M met een spanningsbron (als gewone batterij getekend), twee dioden (D1 en D2) en de beide eindschakelaars S1 en S2. Dit zijn schakelaars met verbreekkontakten (dus normaal gesloten)! We beginnen met de normale bedrijfstoestand: de motor staat ergens in het midden van zijn trajekt en beide schakelaars zijn gesloten. Door ompolen van de batterij kan nu de motor zowel linksom (figuur 2a) als rechtsom draaien (figuur 2b). Dat ompolen kan met behulp van een dubbelpolige omschakelaar, zie figuur 3.
Figuur 2. Zo kunt u met twee dioden en twee schakelaars voorkomen dat een motor te ver door draait.
Met een pijl is in elk van de tekeningen de stroomloop aangegeven. S1 en S2 zijn schakelaars met verbreekkontakten.
Figuur 3. U weet het natuurlijk al, maar voor alle zekerheid: zo kunt u een dubbelpolige omschakelaar bedraden om een gelijkspanning te kunnen ompolen.
Indien u zich mocht afvragen wat hierbij de funktie van de dioden is: (nog) geen enkele! Dat komt pas bij een...
Stop
De motor heeft het eind van het trajekt bereikt en is helemaal linksom gedraaid waardoor schakelaar S1 is ingedrukt. De stroom i zoals in figuur 2a is getekend, kan nu niet meer lopen: niet in de "linker" stroomkring omdat S1 open is en niet in de "rechter" kring omdat daarvoor D2 in sperrichting staat! Gevolg: de motor staat stil. Het is echter nog steeds mogelijk om de motor door ompolen van de spanning de andere kant op te laten draaien, zoals in figuur 2c is getekend. Voor deze stroom staat D2 niet in sperrichting!
In figuur 2d tenslotte hebben we de omgekeerde situatie getekend: de rechter eindschakelaar S2 is ingedrukt, en de motor kan nu, na ompolen, alleen nog maar linksom draaien. In beide gevallen is beschadiging door te ver doordraaien van de motor uitgesloten, met behoud van de mogelijkheid om de andere kant op te kunnen draaien. Toch knap van die twee simpele dioden...
Praktijk
Hoe kunt u nu in de praktijk die eindschakelaars realiseren? Daar zijn geen vaste regels of recepten voor te geven omdat een en ander helemaal afhangt van de toepassing. We kunnen echter wel enkele tips geven.
In de eerste plaats kunt u gewoon miniatuurschakelaars gebruiken ("microswitches") die door vernuftig aangebrachte nokken worden bediend.
Ook is het heel goed mogelijk om een soort lichtsluis te maken van een LED en een fototransistor of -diode: als de motor zijn eindstand bereikt, wordt de lichtstraal door middel van een plaatje onderbroken waarna via een relais de feitelijke motorstroom wordt onderbroken.
Tenslotte is het mogelijk om de motorstroom via een tweetal sleepkontakten aan te voeren; de eindschakelaar bestaat dan uit een stukje isolerend materiaal waar de sleepkontakten overheen schuiven. U kunt zoiets bijvoorbeeld van een stuk printplaat maken.
Nog iets over motoren
We hebben het hierboven steeds gehad over het om-polen van de spanning om een gelijkstroommotor in de andere richting te laten draaien. Kan dat dan zomaar, zult u zich afvragen; zeker als u zich het artikel "positiemelder" (Elex juni '87) en "elektromotoren" (Elex juli '87) nog herinnert. U kunt gerust zijn: in de meeste gevallen (servomotortjes voor klein vermogen) kunt u zonder meer de spanning ompolen. Deze motoren hebben namelijk een permanente magneet als stator (stilstaand deel). Dit geldt ook voor de motoren uit diverse fabrikaten "technische" bouwdozen. Indien u een motor hebt met een elektromagneet als stator, dan wordt het iets moeilijker: stator en rotor moeten afzonderlijk bekrachtigd kunnen worden om de draairichting om te keren. In bovengenoemde artikelen vindt u in ieder geval voldoende informatie hoe u dat kunt realiseren.